Отдаленная гибридизация

Полиморфный род Lupinus L. объединяет две самостоятельные, обособленные друг от друга группы видов восточного и западного полушарий. Различное их эволюционное развитие привело к возникновению между ними изолирующих барьеров в отношении скрещиваемости. Люпины из этих двух групп межвидовых гибридов не образуют. Также остаются бесплодными попытки скрестить между собой большинство видов люпина с восточного полушария с различным числом хромосом. Однако многие виды люпина с западного полушария с 2n=48 достаточно легко скрещиваются между собой и дают фертильное или достаточно фертильное потомство. Кроме того, многие из признанных ныне видов люпина западного полушария являются скрытыми гибридами или полугибридами (Майсурян, Атабекова, 1974). В литературе наиболее полно описаны гибриды: L.ornatus x L.mutabilis, L.pubescens x L.Hartwegii, L.mutabilis x L.elegans, L.mutabilis x L. albococcineus, L.nootkatensis x L.arboreus, L.arboreus x L.hartwegii, L.mutabilis x L.douglasii (Kazimierski, 1960, 1963; Kazimierski, Nowacki, 1961а, Kazimierski, Kazimierska, 1970; Kazimierska, 1970; Майсурян, Атабекова, 1974).

Что касается видов люпина из западного полушария (subgen. Lupinus), то к настоящему времени удалось скрестить между собой только люпин желтый (Lupinus luteus) с обоими подвидами люпина испанского ssp.hispanicus и ssp.bicolor (Lamberts, 1955, 1958; Kazimierski, Kazimierska, 1970; Майсурян, Атабекова, 1974; Swiecicki, 1988). Более жизнеспособное и ценное в селекционном отношении потомство получается от скрещивания L.luteus x L.hispanicus ssp.bicolor (синоним - L.rothmaleri), а также L.luteus с гибридами ssp.hispanicus ssp.bicolor (Cortero, Arrieta, 1988).

Кроме того, в литературе как межвидовые описаны гибриды люпина узколистного с льнолистным и позднецветущим, а также люпина белого с люпином Вавилова и югославским (Kazimierski, 1960; Майсурян, Атабекова, 1974). Однако, как выяснилось позднее (Gladstones, 1970, 1974; Курлович, Станкевич, 1990), такие гибриды не являются межвидовыми, поскольку люпины льнолистный и позднецветущий представляют собой всего лишь отдельные экотипы люпина узколистного, а люпин Вавилова и Югославский - один из подвидов люпина белого (subsp.graecus).

Эмбриологические исследования показали (Kazimierski, 1961; Kazimierska, 1970), что низкая фертильность некоторых межвидовых гибридов является следствием отклонений в мейозе и различных аномалий в процессе развития зародышевого мешка. Однако полученные положительные результаты несомненно представляют теоретический интерес и указывают на родственные связи и степень близости между различными видами люпина. Достижения современной и будущей биотехнологии несомненно помогут преодолеть барьеры нескрещиваемости между многими видами люпина, что откроет новые возможности и перспективы культуры (Sator, 1984).

Мутагенез

Большинство сортов люпина создано с использованием спонтанных или индуцированных мутантов. Первые кормовые сорта желтого, узколистног и белого люпина были получены в Германии в 1927-1928 гг. в результате размножения выявленных мутантных безалкалоидных растений (Sengbusch, 1931, 1942; Майсурян, Атабекова, 1974; Коновалов и др., 1990). В дальнейшем, естественные мутанты использовались в гибридизации для улучшения многих показателей (белая окраска и быстрая набухаемость семян, нерастрескиваемость и неопушенность бобов, быстрые темпы начального роста). В результате, путем ступенчатой гибридизации, была создана серия знаменитых немецких сортов люпина желтого под названием Вайко.

В последние годы для индуцирования мутаций широко используют химические мутагены: этиленимин, диэтилсульфат, нитрозометилмочевина, гидроксиламин и др., а также различные виды ионизирующих излучений. Метод искусственного мутагенеза у люпина перспективен тем, что позволяет значительно расширить спектр и увеличить частоту появления форм с измененной наследственной основой у этого сравнительно молодого культурного растения. Больше полезных мутаций отмечают при воздействии химическими мутагенами в сравнении физическими факторами (Солодюк, 1971). Их концентрации и экспозиции зависят от объекта (сортовых особенностей, сухие или набухшие семена, кормовые или горькие формы, разные виды люпина).

В наших исследованиях наиболее эффективным химическим мутагеном оказалась нитрозометилмочевины (НММ) в концентрации 0,8 мМоль. Сначала семена замачивали в воде в течение 8 часов, а затем в течение 3 часов содержали в растворе нитрозометилмочевины.

В опытах Г.А. Дебелого и А.В. Зекунова (1977) также установлена высокая мутагенная эффективность ННМ в сравнении с гамма-лучами и ЭИ. Наибольшая частота и широкий спектр (8 типов) мутации получены в концентрации НММ 0,015% у сорта Н-846. На сорте Немчиновский синий выделились по мутагенной эффективности две концентрации - 0,015 (12,5% мутантов, 11 типов мутаций) и 0,014 (10,1% мутантов и 12 типов мутаций). Изучавшиеся на двух сортах три концентрации ЭИ (0,01; 0,02; 0,034) оказались близкими по мутагенной эффективности.

Между контрастными сортами люпина наблюдались специфические различия. Так, у алкалоидного сорта Немчиновский синий был значительно шире спектр мутаций, для него были характерны рецессивные мутации по окраске цветка и семян, реже встречались мутации по размеру бобов и семян. У малоалкалоидного сорта Н-846 наиболее широкий спектр мутаций наблюдался по признакам, определяющим габитус и структуру стебля (карлики, компактные, штамбовые и др.). В равной мере выделены у обоих сортов мутанты с бобами, устойчивыми к растрескиванию и лучшей выполненостью. Позднеспелые мутанты выделены у обоих сортов, а скороспелые - лишь у сорта Немчиновский синий. У обоих сортов обнаружены мутации с измененным ритмом роста (мутанты быстрорастущие и медленнорастущие по сравнению с исходным сортом). У алкалоидного сорта выделены малоалкалоидные мутанты. У обоих сортов на естественном и искусственных инфекционных фонах отмечены мутанты, устойчивые к фузариозу.

По J.Hackbarth (1957b), мутанты подразделяются на восемь групп: 1) листового аппарата - эта группа включает хлорофильные мутанты, мутанты с изменением интенсивности окраски, антоциановой пигментации и размера листьев; 2) цветка - с измененной окраской цветка; 3) семян - с измененной формой, размером и окраской семян; 4) боба - с измененным размером боба (крупнобобовые, мелкобобовые), выполненностью, с различной степенью устойчивости к растрескиванию; 5) физиологические - позднеспелые и скороспелые, с измененным ритмом роста; 6) биохимические - с изменением по содержанию белка и алкалоидов; 7) устойчивости - к болезням и другим стрессовым факторам; 8) всего растения - мутанты высокорослые, карлики, и с измененным габитусом (компактные, без ветвей, штамбовые).

При использовании физических факторов (рентгеновского и гамма-излучения в дозах от 150 до 250 Гр) учитывают мощность дозы и биологические особенности признаков, по которым желательно найти мутантную форму (Коновалов и др., 1990). Измененные наследственно формы можно отбирать в течение ряда поколений, начиная с М2.

В результате использования искусственного мутагенеза получены селекционно-ценные формы люпина с детерминированным ветвлением, фасциированным стеблем, нерастрескивающимися бобами, низким содержанием алкалоидов, повышенным содержанием белка и масла, отличающиеся скороспелостью и термонейтральностью. Они явились исходным материалом для создания кормовых сортов люпина белого - Киевский мутант, Старт, Горизонт, Пищевой, Приморский, Днепр, Олешка; люпина узколистного - Ладный, Дикаф 14; люпина желтого - Житомирский, Юбилейный, Искорость и др.

Полиплоидия

Этот метод, дающий положительные результаты в селекции многих сельскохозяйственных культур, в практической селекционной работе с люпином пока не используется в связи со сложностями, возникающими из-за большого числа хромосом в клетках этой культуры. Однако в Польше oпубликована работа (Kazimierska, Kazimierski, 1969) по изучению биологических особенностей гаплоидов люпина желтого, которые были выявлены среди химерных диплоидных растений. Они, а также полученные из них дигаплоиды оказались менее жизнеспособными в сравнении с диплоидными формами, имели меньшую массу семян и продуктивность. В последующих исследованиях (Kazimierski, Kazimierska, 1992) выявлены гаплоидные и тетраплоидные формы у люпина белого. Наибольший теоретический и практический интерес представляют тетраплоиды (2n=4х=100). Хотя они имели в бобе меньшее количество семян в сравнении с диплоидными формами, масса семян у них оказалась в два и более раза выше. В результате по урожайности они не уступали обычным диплоидным формам. Меньшее количество семян в бобе у тетраплоидов авторы объясняют нарушениями в процессе мейоза. Приведенные эколого-географическое изучение и отборы позволили выделить наиболее продуктивные растения, которые предполагается использовать в селекции.

Естественные тетраплоиды иногда встречаются также среди дикорастущих люпинов из западного полушария - Lupinus perennis L. (Майсурян, Атабекова, 1974).